Растительная реабилитация

Простейшие водоросли такие как Nak 9 могут обеззараживать радиоактивную воду. Фото Кристиана Фишера

Российская редакция Deutsche Welle опубликовала  материал, посвященный проблеме реабилитации окружающей среды после фукусимской катастрофы. Со дня катастрофического землетрясения и вызванного им цунами, унесшего в Японии тысячи жизней и разрушившего атомную электростанцию «Фукусима-1», говорится в нем, прошло уже три года. Тем не менее серьезнейшие проблемы, связанные с радиоактивным заражением местности и необходимостью дезактивации самой территории электростанции, сохраняются до сих пор. В частности, пока неясно, что делать с огромным количеством радиоактивной воды.

Речь идет о 455 млн литров, причем эта цифра неуклонно растет. Это морская вода, которая использовалась после аварии – и продолжает использоваться сегодня – для охлаждения реакторов, поскольку штатная система охлаждения вышла из строя. Емкость резервуаров, в которых эта вода собирается, уже вскоре будет исчерпана. Дело усугубляется тем, что резервуары подтекают, радионуклиды проникают в почву, в результате чего ежесуточно в океан стекает около 300 тонн радиоактивных грунтовых вод.

188 видов водорослей на старте

Теперь японские исследователи предложили использовать для дезактивации воды водоросли: если они способны прочно связывать радионуклиды, то это позволит сконцентрировать радиоактивность в значительно меньшем объеме. Для проверки этой идеи группа биологов Цукубского университета во главе с профессором Йошихиро Шираива исследовала в общей сложности 188 видов водорослей – как пресноводных, так и морских – в строго контролируемых лабораторных условиях, оптимальных для их роста. Каждая водоросль была помещена в пробирку с 15 мл воды, в помещении поддерживались постоянная температура в 20 градусов Цельсия и интенсивное круглосуточное освещение. Эксперименты состояли в том, что исследователи постепенно повышали содержание в воде радиоактивных изотопов стронция, цезия и йода, а затем сравнивали способность различных видов водорослей абсорбировать эти радионуклиды.

Профессор Билефельдского университета Армин Халльман, видный эксперт в области клеточной биологии и биологии развития растений, с большим интересом следил за работой американских и японских коллег, результаты которой опубликованы теперь в научном журнале Journal of Plant Research: «Водоросли осуществляют обмен веществ с окружающей средой и встраивают некоторые из этих субстанций в свои биомолекулы. При этом водоросль не отличает радиоактивную молекулу от нерадиоактивной – какая есть, та и идет в дело».

Чемпионы – сплошь пресноводные

Данные, полученные японскими учеными, в целом выглядят многообещающе. Исследователи выявили 17 видов водорослей, преимущественно охрофитовых, способных в значительных количествах поглощать радионуклиды из воды. Так, один вид – одноклеточная жгутиковая зеленая водоросль Nak 9 – смог связать более 90% радиоактивного цезия, другой – цианобактерия носток обыкновенный (Nostoc commune) – абсорбировал 66% радиоактивного йода. И даже широко распространенный вид японской ряски оказался вполне эффективным дезактиватором, поглотив из воды 66% цезия и 37% йода.

Одно плохо: все 17 «перспективных» видов – пресноводные, а на «Фукусиме» для охлаждения брали морскую воду, поясняет профессор Халльман: «Кроме того, реакторы поначалу были так раскалены, что вода испарялась и в оставшейся воде концентрация солей резко возросла. То есть речь сейчас идет о дезактивации очень соленой воды, и никакие пресноводные водоросли в ней просто не выживут. Кстати, обилие солей – это само по себе проблема, даже и для морских водорослей, потому что при поглощении ими веществ из воды соли конкурируют с радионуклидами. Значит, чем солонее вода, тем меньше радиоактивных веществ смогут связать водоросли».

Ионообменная опреснительная установка

Возможно, тут сможет помочь опреснение. Сейчас на «Фукусиме» проходит испытания ионообменная установка, призванная прежде всего резко снизить содержание радиоактивного цезия в воде, но заодно и опресняющая ее, говорит Свен Доктер, сотрудник кельнского Общества по безопасности технологического оборудования и ядерных реакторов: «Это связано с желанием предотвратить коррозию, не допустить, чтобы соль повредила трубопроводы и вентили. Если верить разработчикам, эта установка способна обеспечить полное опреснение воды».

Таким образом, сочетание ионообменной установки и определенных видов водорослей могло бы способствовать дезактивации воды на аварийной АЭС, по крайней мере в теории. На практике же до этого еще очень далеко. Главная сложность состоит в несопоставимости масштабов лабораторного эксперимента и промышленного применения: то, что успешно сработало в пробирке емкостью 15 мл, очень сложно реализовать в резервуарах емкостью в сотни миллионов литров. Нужно решить проблему массового разведения водорослей, преодолеть трудности в обеспечении оптимального питания, круглосуточного освещения и постоянной температуры, разработать методы сбора водорослей, обогащенных радионуклидами… Все это потребует немало времени. А его нет: каждый день объем радиоактивной воды на «Фукусиме» увеличивается на 500 куб. м. 

В зале дезактивации зараженной продуктами распада охлаждающей воды на «Фукусиме». Фото Reuters

О том, что растения способны аккумулировать радионуклиды, известно давно. Причем разные растения способны это делать по-разному. Так, на сайте www.stgau.ru приводятся данные российских ученых по аккумуляции стронция-90. Выделяется овсяница овечья (в 10 раз интенсивнее- цезий-137), а также лишайник олений мох (в 6 раз). В растениях в больших количествах обнаружены изотопы церия, празеодима и рутения, хотя они и не относятся к биогенным элементам. Их накопление соизмеримо с аккумуляцией стронция-90 и цезия-137. По аккумуляции изотопов плутония в растениях лесных фитоценозов, особенно сосняков, выделяется живой напочвенный покров, который концентрирует эти радионуклиды на один-два порядка больше, чем сосна. На  луговых пробах подавляющее количество видов концентрирует цезий-137, в меньшей степени – изотопы стронция-90.

По изотопному составу радионуклидов, содержащихся в природно-растительных комплексах, можно проследить динамику общего содержания гамма-излучаюших радионуклидов в растениях. С момента аварии удельная радиоактивность растительности непрерывно падала. В связи с этим в России даже запатентован метод очистки зараженной радионуклидами почвы с помощью растений (патент РФ 2194319).